Электрический ток в полупроводниках

1. Электрический ток в полупроводниках

Полупроводники – вещества, способные, как проводить
электрический ток, так и препятствовать его прохождению.
Это большая группа веществ, применяемых в радиотехнике
(германий, кремний, селен, окись меди), но для изготовления
полупроводниковых приборов используют в основном
только Кремний (Si) и Германий (Ge).
По своим электрическим свойствам полупроводники занимают
среднее место между проводниками и непроводниками
электрического тока.

2. Свойства полупроводников

Электропроводность проводников сильно зависит от
окружающей температуры.
При очень низкой температуре, близкой к абсолютному нулю (273°С), полупроводники не проводят электрический ток, а
с повышением температуры, их сопротивляемость
току уменьшается.
Если на полупроводник навести свет, то его
электропроводность начинает увеличиваться. Используя это
свойство полупроводников, были
созданы фотоэлектрические приборы. Также полупроводники
способны преобразовывать энергию света в электрический ток,
например, солнечные батареи. А при введении в
полупроводники примесей определенных веществ, их
электропроводность резко увеличивается.

3. Полупроводники при наличии примесей

Примесная проводимость полупроводников
— электрическая проводимость,
обусловленная наличием в полупроводнике
донорных или акцепторных
примесей.Свойства полупроводников
сильно зависят от содержания примесей.

4.

Существуют следующие примеси:
1) донорные примеси (отдающие);
2) акцепторные примеси (принимающие).

5. Донорные примеси

Примеси, поставляющие электроны проводимости без
возникновения такого же числа дырок, называются донорными.
Они являются дополнительными поставщиками электронов в
кристаллы полупроводника, легко отдают электроны и увеличивают
число свободных электронов в полупроводнике. Это проводники
“n”- типа, где основной носитель заряда - электроны, а неосновной дырки. Такой полупроводник обладает электронной примесной
проводимостью (пример – мышьяк).

6. Акцепторные примеси

Акцепторные примеси - атомы химических элементов, внедренные
в кристаллическую решетку полупроводника и создающие
дополнительную концентрацию дырок. Акцепторными примесями
являются химические элементы, внедренные в полупроводник с
большей, чем у примеси, валентностью. Они создают "дырки",
забирая в себя электроны. Это полупроводники " р "- типа, где
основной носитель заряда – дырки, а неосновной - электроны.
Такой полупроводник обладает дырочной примесной
проводимостью (пример – индий).

7. Механизм проводимости у полупроводников

Кристаллы полупроводников имеют атомную
кристаллическую решетку, где внешние
электроны связаны с соседними атомами
ковалентными связями.
При низких температурах у чистых
полупроводников свободных электронов нет и
он ведет себя как диэлектрик.

8. Собственная проводимость бывает двух видов:

1) электронная ( проводимость "n " - типа) - проводимость
полупроводника, обусловленнaя перемещением свободных
электронов.
При низких температурах в полупроводниках все электроны связаны с
ядрами и сопротивление большое; при увеличении температуры
кинетическая энергия частиц увеличивается, рушатся связи и
возникают свободные электроны - сопротивление уменьшается.
Свободные электроны перемещаются противоположно вектору
напряженности эл.поля.
2) дырочная ( проводимость " p" - типа ) проводимость полупроводника, в котором
основные носители заряда — дырки.
При увеличении температуры разрушаются ковалентные связи,
осуществляемые валентными электронами, между атомами и
образуются места с недостающим электроном - "дырка".

9. Явление возникновения тока в полупроводнике

10.

Главная особенность полупроводников –
зависимость их удельного сопротивления от внешних
условий (температуры, освещенности, электрического
поля) и от наличия примесей.
В 20-м веке ученые и инженеры начали использовать
эту особенность полупроводников для создания
чрезвычайно миниатюрных сложных приборов с
автоматизированным управлением – например,
компьютеров, мобильных телефонов, бытовой
техники.